[发明专利]一种STED超分辨技术中的自适应光学像差校正系统及方法

说明书

本发明公开了一种STED超分辨技术中的自适应光学像差校正系统及方法。从激发光源发出的光束入射到空间光调制器的右半区域，从损耗光源发出的光束入射到空间光调制器的左半区域，空间光调制器与散射介质层共轭，空间光调制器的右半区域对激发光束的像差进行校正，左半区域对损耗光束进行相位调制并对光束像差进行校正，经空间光调制器的两光束合束后，再经过物镜聚焦到样本上，进行超分辨成像。本发明能够对受激辐射损耗显微系统中激发光束和损耗光束的像差进行同时校正，减少了空间光调制器的数量，降低了系统像差校正的成本，提高了散射组织中激发光束和损耗光束的光斑质量，为在厚组织样本中实现超分辨显微成像提供了新技术。

技术领域

本发明属于光学超分辨显微成像领域，具体涉及一种STED超分辨技术中的自适应光学像差校正系统及方法。

背景技术

受激辐射损耗(STED)技术是一种超分辨成像技术，可以突破光学衍射极限对传统光学显微系统的分辨率限制，从而获取样品的高分辨率结构。STED的原理是利用两束激光来实现超分辨成像，包括产生激发光束和与激发光中心重叠且波长匹配的损耗光束，激发光束令荧光分子产生荧光，而具有面包圈形状的损耗光束通过受激辐射将两光束重叠区域内激发的荧光分子进行抑制，而激发光斑中心的荧光分子不受影响，从而实现超分辨。

尽管STED超分辨技术在光学显微领域带来了突破性的进展，但是生物组织的散射问题大大限制了STED超分辨技术的进一步应用。光束在传播过程中易受到散射组织的影响，理想的圆形激发光斑往往发生严重畸变，而损耗光斑的面包圈形状难以维持，无法有效抑制激发光束周围的荧光分子，导致信噪比和分辨率的降低，成像质量变差，而且随着成像深度加深，光斑质量严重恶化。

为克服组织散射这一问题，应用于天文领域的自适应光学技术被引入光学显微成像系统中。自适应光学技术通过波前传感器或光强探测实现对波前畸变进行探测和计算，并采用变形镜或空间光调制器等器件对畸变波前进行相位补偿，从而恢复高质量波前。

如今，自适应光学技术也逐渐应用于超分辨成像技术，以实现在散射组织中的高质量成像。然而，由于STED超分辨系统中激发光束和损耗光束的形状和光路存在区别，难以采用单个变形镜或空间光调制器等器件对两束光束同时进行相位补偿和光斑恢复，这大大加大了系统的成本和复杂性，本发明设计了一种自适应光学像差校正系统，利用单个空间光调制器分区域同步校正激发光束和损耗光束的像差，可大大提高散射组织中STED超分辨成像的能力。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种STED超分辨技术中的自适应光学像差校正系统，采用单个空间光调制器分区域同步校正激发光束和损耗光束的像差，降低了系统的成本，改善了激发光束和损耗光束的聚焦质量，为STED超分辨在深层散射组织中的进一步应用提供了新的合理有效的方案。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种STED超分辨技术中的自适应光学像差校正系统

包括空间光调制器、分布于空间光调制器两侧的损耗光光路和激发光光路、第二二向色镜、四分之一波片、显微物镜、散射样本、载物台和探测模块；

激发光光路包括依次设置的激发光源、第一半波片、第一偏振分光棱镜、光学延迟线、第一反射镜、第一扩束模块、第二反射镜、第二半波片、第一汇聚透镜、第一准直透镜、第一二向色镜；损耗光光路包括依次设置的损耗光源、第三半波片、第二偏振分光棱镜、石英棒、第三反射镜、保偏光纤、第二扩束模块、第四反射镜、第四半波片、第二汇聚透镜、第二准直透镜、第五反射镜；

激发光源发射的激发光束依次经第一半波片和第一偏振分光棱镜后，再经光学延迟线调节光程入射到第一反射镜，第一反射镜反射的光束经第一扩束模块扩束后入射到第二反射镜，第二反射镜反射的光束依次经第二半波片、第一汇聚透镜后入射到空间光调制器的右半区域，空间光调制器的右半区域出射的光束经第一准直透镜准直后进入第一二向色镜，第一二向色镜反射的光束经第二二向色镜透射；